МикроРНК: взгляд клинициста на состояние проблемы. Часть 1. История вопроса

Автор: Миронова О. Ю., Бердышева М. В., Елфимова Е. М.

Журнал: Евразийский кардиологический журнал @eurasian-cardiology-journal

Рубрика: Обзор

Статья в выпуске: 1, 2023 года.

Бесплатный доступ

Большой объём генетической информации локализован в микроРНК, представляющих класс некодирующих РНК, образуемых из более длинных РНК-предшественников, обычно имеющих длину 19-24 нуклеотида и специфическую шпилечную структуру. Хотя исследования микроРНК были начаты относительно недавно, в настоящее время уже нет сомнений в том, что они играют важную роль в регуляции экспрессии генов на посттранскрипционном уровне в эмбриональном развитии, а также участвуют в поддержании нормальных функций клеток взрослого организма. Впервые микроРНК была обнаружена при изучении свободноживущих нематод Caenorhabditis elegans, и в свою очередь был показан новый механизм подавления экспрессии с помощью антисмысловой РНК. МикроРНК может входить в состав транскриптов, кодирующих белки, или находиться в межгенных областях генома. Изменение функциональной активности и количества микроРНК может привести к таким заболеваниям, как онкологические, сердечно-сосудистые, гинекологические, нефрологические, а также микроРНК участвует в процессе нейродегенерации и развитии психических заболеваний. Так как часть микроРНК является специфичной для определенных тканей и/или стадий развития организма, молекулы микроРНК могут рассматриваться как перспективный инструмент диагностики. Среди преимуществ данных биомаркеров можно выделить возможность обнаружения патологии в латентной стадии, малую инвазивность проводимых исследований, а также относительную устойчивость к разрушающим факторам. При этом отмечается возможность выявления микроРНК в различных биологических жидкостях: сыворотке крови, моче, семенной жидкости, слюне, грудном молоке. В настоящее время широко обсуждаются возможности применения микроРНК в таргетной терапии в связи с возможностью регулирования экспрессии генов с нежелательными свойствами либо гиперэкспрессии ингибиторов микроРНК для предотвращения негативных эффектов микроРНК, обусловливающих развитие заболевания. В первой части обзора подробно обсуждается исторический аспект изучения микроРНК, их механизм образования, особенности циркулирующих микроРНК и возможное терапевтическое влияние экзогенных микроРНК, поступающих с пищей, на организм человека.

Еще

Мрнк, биоинформационный поиск, биомаркер, посттранскрипционная регуляция экспрессии

Короткий адрес: https://sciup.org/143179915

IDR: 143179915 | DOI: 10.38109/2225-1685-2023-1-100-107

Список литературы МикроРНК: взгляд клинициста на состояние проблемы. Часть 1. История вопроса

Gresele P. et al. (eds.) Antiplatelet Agents, Handbook of Experimental Pharmacology, 2012; p. 435-445.
Bartel DP. MicroRNAs: genomics, biogenesis, mechanism, and function. Cell. 2004 Jan 23;116(2):281-97. doi: 10.1016/s0092-8674(04)00045-5. PMID: 14744438.
Wienholds E, Kloosterman WP, Miska E, Alvarez-Saavedra E, Berezikov E, de Bruijn E, Horvitz HR, Kauppinen S, Plasterk RH. MicroRNA expression in zebrafish embryonic development. Science. 2005 Jul 8;309(5732):310-1. doi: 10.1126/science.1114519. Epub 2005 May 26. PMID: 15919954.
Lai EC, Tomancak P, Williams RW, Rubin GM. Computational identification of Drosophila microRNA PMID: genes. Genome Biol. 2003;4(7):R42. doi: 10.1186/gb-2003-4-7-r42. Epub 2003 Jun 30. PMID: 12844358; PMCID: PMC193629.
Brenner S. The genetics of Caenorhabditis elegans. Genetics. 1974 May;77(1):71-94. doi: 10.1093/genetics/77.1.71. PMID: 4366476; PMCID: PMC1213120.
Lee R. C., Feinbaum R. L., Ambros V. The C. elegans heterochronic gene lin-4 encodes small RNAs with antisense complementarity to lin- 14. Cell 1993; 75:843-854.
Wightman B, Ha I, Ruvkun G. Posttranscriptional regulation of the heterochronic gene lin-14 by lin-4 mediates temporal pattern formation in C. elegans. Cell. 1993 Dec 3;75(5):855-62. doi: 10.1016/0092- 8674(93)90530-4. PMID: 8252622.
Wightman B, Bürglin TR, Gatto J, Arasu P, Ruvkun G. Negative regulatory sequences in the lin-14 3’-untranslated region are necessary to generate a temporal switch during Caenorhabditis elegans development. Genes Dev. 1991 Oct;5(10):1813-24. doi: 10.1101/gad.5.10.1813. PMID: 1916264.
Ha I, Wightman B, Ruvkun G. A bulged lin-4/lin-14 RNA duplex is sufficient for Caenorhabditis elegans lin-14 temporal gradient formation. Genes Dev. 1996 Dec 1;10(23):3041-50. doi: 10.1101/gad.10.23.3041. PMID: 8957004.
Ambros V, Horvitz HR. The lin-14 locus of Caenorhabditis elegans controls the time of expression of specific postembryonic developmental events. Genes Dev. 1987 Jun;1(4):398-414. doi: 10.1101/gad.1.4.398. PMID: 3678829.
He L, Hannon GJ. MicroRNAs: small RNAs with a big role in gene regulation. Nat Rev Genet. 2004 Jul;5(7):522-31. doi: 10.1038/ nrg1379. Erratum in: Nat Rev Genet. 2004 Aug;5(8):631. PMID: 15211354.
Lagos-Quintana M, Rauhut R, Lendeckel W, Tuschl T. Identification of novel genes coding for small expressed RNAs. Science. 2001 Oct 26;294(5543):853-8. doi: 10.1126/science.1064921. PMID: 11679670.
Lau NC, Lim LP, Weinstein EG, Bartel DP. An abundant class of tiny RNAs with probable regulatory roles in Caenorhabditis elegans. Science. 2001 Oct 26;294(5543):858-62. doi: 10.1126/science.1065062. PMID: 11679671.
Lee RC, Ambros V. An extensive class of small RNAs in Caenorhabditis elegans. Science. 2001 Oct 26;294(5543):862-4. doi: 10.1126/ science.1065329. PMID: 11679672.
He H, Liu A, Zhang W, Yang H, Zhang M, Xu H, Liu Y, Hong B, Yan F, Yue L, Wang J, Xiao S, Xie Z, Wang T. Novel Plasma miRNAs as Biomarkers and Therapeutic Targets of Alzheimer’s Disease at the Prodromal Stage. J Alzheimers Dis. 2021;83(2):779-790. doi: 10.3233/ JAD-210307. PMID: 34366343.
Kim TH, Lee Y, Lee YS, Gim JA, Ko E, Yim SY, Jung YK, Kang S, Kim MY, Kim H, Kim BH, Kim JH, Seo YS, Yim HJ, Yeon JE, Um SH, Byun KS. Circulating miRNA is a useful diagnostic biomarker for nonalcoholic steatohepatitis in nonalcoholic fatty liver disease. Sci Rep. 2021 Jul 19;11(1):14639. doi: 10.1038/s41598-021-94115-6. PMID: 34282172; PMCID: PMC8289842.
Nassar FJ, Msheik ZS, Itani MM, Helou RE, Hadla R, Kreidieh F, Bejjany R, Mukherji D, Shamseddine A, Nasr RR, Temraz SN. Circulating miRNA as Biomarkers for Colorectal Cancer Diagnosis and Liver Metastasis. Diagnostics (Basel). 2021 Feb 19;11(2):341. doi: 10.3390/ diagnostics11020341. PMID: 33669508; PMCID: PMC7921943.
Wang J, Zhao J. MicroRNA Dysregulation in Epilepsy: From Pathogenetic Involvement to Diagnostic Biomarker and Therapeutic Agent Development. Front Mol Neurosci. 2021 Mar 12;14:650372. doi: 10.3389/fnmol.2021.650372. PMID: 33776649; PMCID: PMC7994516.
Reinhart BJ, Slack FJ, Basson M, Pasquinelli AE, Bettinger JC, Rougvie AE, Horvitz HR, Ruvkun G. The 21-nucleotide let-7 RNA regulates developmental timing in Caenorhabditis elegans. Nature. 2000 Feb 24;403(6772):901-6. doi: 10.1038/35002607. PMID: 10706289.
Slack FJ, Basson M, Liu Z, Ambros V, Horvitz HR, Ruvkun G. The lin- 41 RBCC gene acts in the C. elegans heterochronic pathway between the let-7 regulatory RNA and the LIN-29 transcription factor. Mol Cell. 2000 Apr;5(4):659-69. doi: 10.1016/s1097-2765(00)80245-2. PMID: 10882102.
Pasquinelli AE, Reinhart BJ, Slack F, Martindale MQ, Kuroda MI, Maller B, Hayward DC, Ball EE, Degnan B, Müller P, Spring J, Srinivasan A, Fishman M, Finnerty J, Corbo J, Levine M, Leahy P, Davidson E, Ruvkun G. Conservation of the sequence and temporal expression of let-7 heterochronic regulatory RNA. Nature. 2000 Nov 2;408(6808):86- 9. doi: 10.1038/35040556. PMID: 11081512.
Lagos-Quintana M, Rauhut R, Yalcin A, Meyer J, Lendeckel W, Tuschl T. Identification of tissue-specific microRNAs from mouse. Curr Biol. 2002 Apr 30;12(9):735-9. doi: 10.1016/s0960-9822(02)00809-6. PMID: 12007417.
Griffiths-Jones S. The microRNA Registry. Nucleic Acids Res. 2004 Jan 1;32(Database issue):D109-11. doi: 10.1093/nar/gkh023. PMID: 14681370; PMCID: PMC308757.
Ambros V, Bartel B, Bartel DP, Burge CB, Carrington JC, Chen X, Dreyfuss G, Eddy SR, Griffiths-Jones S, Marshall M, Matzke M, Ruvkun G, Tuschl T. A uniform system for microRNA annotation. RNA. 2003 Mar;9(3):277-9. doi: 10.1261/rna.2183803. PMID: 12592000; PMCID: PMC1370393.
Wright MW, Bruford EA. Naming ‘junk’: human non-protein coding RNA (ncRNA) gene nomenclature. Hum Genomics. 2011 Jan;5(2):90-8. doi: 10.1186/1479-7364-5-2-90. PMID: 21296742; PMCID: PMC3051107
Mourelatos Z, Dostie J, Paushkin S, Sharma A, Charroux B, Abel L, Rappsilber J, Mann M, Dreyfuss G. miRNPs: a novel class of ribonucleoproteins containing numerous microRNAs. Genes Dev. 2002 Mar 15;16(6):720-8. doi: 10.1101/gad.974702. PMID: 11914277; PMCID: PMC155365.
Ambros V, Lee RC, Lavanway A, Williams PT, Jewell D. MicroRNAs and other tiny endogenous RNAs in C. elegans. Curr Biol. 2003 May 13;13(10):807-18. doi: 10.1016/s0960-9822(03)00287-2. PMID: 12747828.
Aravin AA, Lagos-Quintana M, Yalcin A, Zavolan M, Marks D, Snyder B, Gaasterland T, Meyer J, Tuschl T. The small RNA profile during Drosophila melanogaster development. Dev Cell. 2003 Aug;5(2):337-50. doi: 10.1016/s1534-5807(03)00228-4. PMID: 12919683.
Dostie J, Mourelatos Z, Yang M, Sharma A, Dreyfuss G. Numerous microRNPs in neuronal cells containing novel microRNAs. RNA. 2003 Feb;9(2):180-6. doi: 10.1261/rna.2141503. Erratum in: RNA. 2003 May;9(5):631-2. PMID: 12554860; PMCID: PMC1370383.
Houbaviy HB, Murray MF, Sharp PA. Embryonic stem cell-specific MicroRNAs. Dev Cell. 2003 Aug;5(2):351-8. doi: 10.1016/s1534-5807(03)00227-2. PMID: 12919684.
Kim J, Krichevsky A, Grad Y, Hayes GD, Kosik KS, Church GM, Ruvkun G. Identification of many microRNAs that copurify with polyribosomes in mammalian neurons. Proc Natl Acad Sci U S A. 2004 Jan 6;101(1):360-5. doi: 10.1073/pnas.2333854100. Epub 2003 Dec 22. PMID: 14691248; PMCID: PMC314190.
Lim LP, Lau NC, Weinstein EG, Abdelhakim A, Yekta S, Rhoades MW, Burge CB, Bartel DP. The microRNAs of Caenorhabditis elegans. Genes Dev. 2003 Apr 15;17(8):991-1008. doi: 10.1101/gad.1074403. Epub 2003 Apr 2. PMID: 12672692; PMCID: PMC196042.
Lim LP, Glasner ME, Yekta S, Burge CB, Bartel DP. Vertebrate microRNA genes. Science. 2003 Mar 7;299(5612):1540. doi: 10.1126/ science.1080372. PMID: 12624257.
Makarova IuA, Kramerov DA. [Small nucleolar RNA genes]. Genetika. 2007 Feb;43(2):149-58. Russian. PMID: 17385312.
Lagos-Quintana M., Rauhut R., Meyer J., Borkhardt A., Tuschl T. New microRNAs from mouse and human. RNA 2003; 9:175-179.
Lai EC, Tomancak P, Williams RW, Rubin GM. Computational identification of Drosophila microRNA genes. Genome Biol. 2003;4(7):R42. doi: 10.1186/gb-2003-4-7-r42. Epub 2003 Jun 30. PMID: 12844358; PMCID: PMC193629.
Nana-Sinkam SP, Croce CM. MicroRNAs as therapeutic targets in cancer. Transl Res. 2011 Apr;157(4):216-25. doi: 10.1016/j.trsl.2011.01.013 Epub 2011Feb 4. PMID: 21420032
Cai X, Hagedorn CH, Cullen BR. Human microRNAs are processed from capped, polyadenylated transcripts that can also function as mRNAs. RNA. 2004 Dec;10(12):1957-66. doi: 10.1261/rna.7135204. Epub 2004 Nov 3. PMID: 15525708; PMCID: PMC1370684.
Lee Y, Kim M, Han J, Yeom KH, Lee S, Baek SH, Kim VN. MicroRNA genes are transcribed by RNA polymerase II. EMBO J. 2004 Oct 13;23(20):4051-60. doi: 10.1038/sj.emboj.7600385. Epub 2004 Sep 16. PMID: 15372072; PMCID: PMC524334.
Kim VN, Han J, Siomi MC. Biogenesis of small RNAs in animals. Nat Rev Mol Cell Biol. 2009 Feb;10(2):126-39. doi: 10.1038/nrm2632. PMID: 19165215.
Bartel DP. MicroRNAs: genomics, biogenesis, mechanism, and function. Cell. 2004 Jan 23;116(2):281-97. doi: 10.1016/s0092- 8674(04)00045-5. PMID: 14744438.
Камышова Е.С., Бобкова И.Н., Кутырина И.М. Современные представления о роли микроРНК при диабетической нефропатии: потенциальные биомаркеры и мишени таргетной терапии. Сахарный диабет. 2017;20(1):42-50. [Kamyshova E.S., Bobkova I.N., Kutyrina I.M. New insights on microRNAs in diabetic nephropathy: potential biomarkers for diagnosis and therapeutic targets. Diabetes mellitus. 2017;20(1):42-50. (In Russ.)]. doi: 10.14341/DM8237
Okamura K, Hagen JW, Duan H, Tyler DM, Lai EC. The mirtron pathway generates microRNA-class regulatory RNAs in Drosophila. Cell. 2007 Jul 13;130(1):89-100. doi: 10.1016/j.cell.2007.06.028. Epub 2007 Jun 28. PMID: 17599402; PMCID: PMC2729315.
Sethupathy P, Collins FS. MicroRNA target site polymorphisms and human disease. Trends Genet. 2008 Oct;24(10):489-97. doi: 10.1016/j. tig.2008.07.004. Epub 2008 Sep 6. PMID: 18778868.
Bandiera S, Hatem E, Lyonnet S, Henrion-Caude A. microRNAs in diseases: from candidate to modifier genes. Clin Genet. 2010 Apr;77(4):306-13. doi: 10.1111/j.1399-0004.2010.01370.x. Epub 2010 Jan 5. PMID: 20132241.
Poliseno L, Salmena L, Zhang J, Carver B, Haveman WJ, Pandolfi PP. A coding-independent function of gene and pseudogene mRNAs regulates tumour biology. Nature. 2010 Jun 24;465(7301):1033-8. doi: 10.1038/nature09144. PMID: 20577206; PMCID: PMC3206313.
Mitchell P.S., Parkin R.K., Kroh E.M., Fritz B.R., Wyman S.K., Pogosova-Agadjanyan E.L. et al. Circulating microRNA as stable blood-based markers for cancer detection. Proc Natl Acad Sci USA 2008; 105:10513-10518.
Weber J. A., Baxter D. H., Zhang S., Huang D. Y, Huang K. H., Lee M. J. et al. The microRNA spectrum in 12 body fluids. Clin Chem 2010; 56:1733-1741.
Tsui NB, Ng EK, Lo YM. Stability of endogenous and added RNA in blood specimens, serum, and plasma. Clin Chem. 2002 Oct;48(10):1647-53. PMID: 12324479.
Wang K, Zhang S, Marzolf B, Troisch P, Brightman A, Hu Z, Hood LE, Galas DJ. Circulating microRNAs, potential biomarkers for drug-induced liver injury. Proc Natl Acad Sci U S A. 2009 Mar 17;106(11):4402-7. doi: 10.1073/pnas.0813371106. Epub 2009 Feb 25. PMID: 19246379; PMCID: PMC2657429.
Wang K, Zhang S, Weber J, Baxter D, Galas DJ. Export of microRNAs and microRNA-protective protein by mammalian cells. Nucleic Acids Res. 2010 Nov;38(20):7248-59. doi: 10.1093/nar/gkq601. Epub 2010 Jul 7. PMID: 20615901; PMCID: PMC2978372.
Turchinovich A, Weiz L, Langheinz A, Burwinkel B. Characterization of extracellular circulating microRNA. Nucleic Acids Res. 2011 Sep 1;39(16):7223-33. doi: 10.1093/nar/gkr254. Epub 2011 May 24. PMID: 21609964; PMCID: PMC3167594.
Zhang Y, Liu D, Chen X, Li J, Li L, Bian Z, Sun F, Lu J, Yin Y, Cai X, Sun Q, Wang K, Ba Y, Wang Q, Wang D, Yang J, Liu P, Xu T, Yan Q, Zhang J, Zen K, Zhang CY. Secreted monocytic miR-150 enhances targeted endothelial cell migration. Mol Cell. 2010 Jul 9;39(1):133-44. doi: 10.1016/j.molcel.2010.06.010. PMID: 20603081.
Arroyo JD, Chevillet JR, Kroh EM, Ruf IK, Pritchard CC, Gibson DF, Mitchell PS, Bennett CF, Pogosova-Agadjanyan EL, Stirewalt DL, Tait JF, Tewari M. Argonaute2 complexes carry a population of circulating microRNAs independent of vesicles in human plasma. Proc Natl Acad Sci U S A. 2011 Mar 22;108(12):5003-8. doi: 10.1073/ pnas.1019055108. Epub 2011 Mar 7. PMID: 21383194; PMCID: PMC3064324.
Vickers KC, Palmisano BT, Shoucri BM, Shamburek RD, Remaley AT. MicroRNAs are transported in plasma and delivered to recipient cells by high-density lipoproteins. Nat Cell Biol. 2011 Apr;13(4):423-33. doi: 10.1038/ncb2210. Epub 2011 Mar 20. Erratum in: Nat Cell Biol. 2015 Jan;17(1):104. PMID: 21423178; PMCID: PMC3074610.
Zampetaki A, Willeit P, Drozdov I, Kiechl S, Mayr M. Profiling of circulating microRNAs: from single biomarkers to re-wired networks. Cardiovasc Res. 2012 Mar 15;93(4):555-62. doi: 10.1093/cvr/cvr266. Epub 2011 Oct 25. PMID: 22028337; PMCID: PMC3291086.
Arroyo JD, Chevillet JR, Kroh EM, Ruf IK, Pritchard CC, Gibson DF, Mitchell PS, Bennett CF, Pogosova-Agadjanyan EL, Stirewalt DL, Tait JF, Tewari M. Argonaute2 complexes carry a population of circulating microRNAs independent of vesicles in human plasma. Proc Natl Acad Sci U S A. 2011 Mar 22;108(12):5003-8. doi: 10.1073/pnas.1019055108. Epub 2011 Mar 7. PMID: 21383194; PMCID: PMC3064324.
Cortez MA, Bueso-Ramos C, Ferdin J, Lopez-Berestein G, Sood AK, Calin GA. MicroRNAs in body fluids--the mix of hormones and biomarkers. Nat Rev Clin Oncol. 2011 Jun 7;8(8):467-77. doi: 10.1038/ nrclinonc.2011.76. PMID: 21647195; PMCID: PMC3423224.
Raposo G, Stoorvogel W. Extracellular vesicles: exosomes, microvesicles, and friends. J Cell Biol. 2013 Feb 18;200(4):373-83. doi: 10.1083/jcb.201211138. PMID: 23420871; PMCID: PMC3575529.
Hatmal MM, Al-Hatamleh MAI, Olaimat AN, Alshaer W, Hasan H, Albakri KA, Alkhafaji E, Issa NN, Al-Holy MA, Abderrahman SM,
Abdallah AM, Mohamud R. Immunomodulatory Properties of Human Breast Milk: MicroRNA Contents and Potential Epigenetic Effects. Biomedicines. 2022 May 24;10(6):1219. doi: 10.3390/biomedicines10061219. PMID: 35740242; PMCID: PMC9219990.
Tomei S, Manjunath HS, Murugesan S, Al Khodor S. The Salivary miRNome: A Promising Biomarker of Disease. Microrna. 2021;10(1):29-38. doi: 10.2174/2211536610666210412154455. PMID: 33845754.
Chevillet JR, Lee I, Briggs HA, He Y, Wang K. Issues and prospects of microRNA-based biomarkers in blood and other body fluids. Molecules. 2014 May 14;19(5):6080-105. doi: 10.3390/molecules19056080. PMID: 24830712; PMCID: PMC6271291.
Collado A, Jin H, Pernow J, Zhou Z. MicroRNA: A mediator of dietinduced cardiovascular protection. Curr Opin Pharmacol. 2021 Oct;60:183-192. doi: 10.1016/j.coph.2021.07.022. Epub 2021 Aug 27. PMID: 34461563.
Zobeiri M, Parvizi F, Kalhori MR, Majnooni MB, Farzaei MH, Abdollahi M. Targeting miRNA by Natural Products: A Novel Therapeutic Approach for Nonalcoholic Fatty Liver. Evid Based Complement Alternat Med. 2021 Aug 13;2021:6641031. doi: 10.1155/2021/6641031. PMID: 34426744; PMCID: PMC8380168.

Еще

Статья обзорная